專利名稱：：納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種氣敏傳感器，特別是涉及一種以多孔陽極氧化鋁模板為基板制備(組裝)具有性能可控且一致性及穩(wěn)定性好、靈敏度高、工作溫度低的氣敏傳感器探頭及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著人們生活水平的提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)控以及對(duì)食品和人居環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都提出了更高的要求，因此作為感官或信號(hào)輸入部分之一的氣體傳感器是必不可少的。氣體傳感器能夠?qū)崟r(shí)對(duì)各種氣體進(jìn)行檢測(cè)和分析，具有靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)；加上微電子、微加工技術(shù)和自動(dòng)化、智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得氣體傳感器體積變小、價(jià)格低廉、使用方便，因此它在軍事、醫(yī)學(xué)、交通、環(huán)保、質(zhì)檢、防偽、家居等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但目前市售的氣體傳感器仍然存在一些問題，如選擇性和穩(wěn)定性較差等。對(duì)氣體傳感器各項(xiàng)性能指標(biāo)的進(jìn)一步提高、新的氣敏材料和新型氣體傳感器的開發(fā)正日益受到重視，世界各國紛紛投巨資進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究。中國的傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，經(jīng)過多年發(fā)展，整個(gè)行業(yè)已初具規(guī)模，進(jìn)入到了快速發(fā)展階段。但是，中國的傳感器產(chǎn)業(yè)主要集中在中低端產(chǎn)品上，開發(fā)高端產(chǎn)品進(jìn)入高端產(chǎn)品市場(chǎng)，克服高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口的局面，需要在產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、資金支持、政策優(yōu)惠、人才培養(yǎng)等方面同時(shí)出手。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器及其制備方法，該傳感器敏感性較好，性能得到優(yōu)化。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器從上至下依次包括緊密接觸的測(cè)量電路、測(cè)量電極、納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料、多孔氧化鋁、致密氧化鋁、純鋁、敏感材料、加熱材料、加熱電極和加熱電路。所述納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器的制備方法對(duì)純鋁預(yù)處理后，使用二次陽極氧化方法制備多孔陽極氧化鋁模板；在該模板上采用溶膠_凝膠鍍膜方法制備具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料；最后通過絲網(wǎng)印刷方法制備測(cè)量電路、測(cè)量電極、加熱材料、加熱電極和加熱電路，即組裝成納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)該方法以多孔氧化鋁為模板，獲得具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料涂層，利用材料的表面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)，可提高敏感材料的敏感性能。本方法還優(yōu)化傳感器探頭組裝結(jié)構(gòu)中敏感薄膜層的厚度、結(jié)構(gòu)，多孔氧化鋁模板的孔洞深度、孔洞密度、孔徑尺寸、阻擋層厚度等，獲得性能最優(yōu)化、結(jié)構(gòu)可控的高靈敏度傳感器探頭。傳感器性能以靈敏度和反應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間表征，靈敏度定義氣敏元件在空氣中的阻值中的阻值與在被測(cè)氣氛中的阻值之比。靈敏度以S表示S=R。/R，R表示在測(cè)試氣氛中傳感器的電阻值，R。表示傳感器在空氣中的電阻值。從傳感器與被測(cè)氣體接觸，到氣敏元件傳感器在與被測(cè)氣體作用后，其電阻降低(或者增加)到原始電阻值的90%時(shí)所需要的時(shí)間，叫做響應(yīng)時(shí)間；傳感器在脫附過程中，其電阻增加(或者降低)至原始電阻值的90%時(shí)所需要的時(shí)間，叫做恢復(fù)時(shí)間。本發(fā)明的納米壁氣敏傳感器，在35(TC對(duì)乙醇濃度100ppm時(shí)的靈敏度可達(dá)95，響應(yīng)時(shí)間小于5秒，回復(fù)時(shí)間約15秒；對(duì)乙醇濃度1000ppm時(shí)的靈敏度可達(dá)150，反應(yīng)時(shí)間小于5秒，回復(fù)時(shí)間約20秒。圖1為本發(fā)明的傳感器探頭的制備工藝流程圖2為本發(fā)明的傳感器探頭的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的傳感器探頭的多孔陽極氧化鋁膜板孔隙結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖4為本發(fā)明的傳感器探頭的ZnO敏感膜層微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。圖2中，1.測(cè)量電路；2.測(cè)量電極；3.納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料；4.多孔氧化鋁；5.致密氧化鋁；6.純鋁；7.絕緣層；8.加熱材料；9.加熱電極；10.加熱電路。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的原理是制備大比表面積的納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料涂層，利用材料的表面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)，提高其敏感性能。納米壁結(jié)構(gòu)是以多孔陽極氧化鋁為模板，覆蓋其孔壁而形成。敏感材料可以為氧化鋅，涂層采用溶膠凝膠方法制備；所得納米壁微結(jié)構(gòu)敏感材料可應(yīng)用在氣敏傳感器探頭上。在潔凈的空氣中ZnO納米顆粒吸附氧分子，氧分子從ZnO納米顆粒表面獲得電子變成02—、0—甚至02—等負(fù)離子，使材料表面電阻增加。當(dāng)乙醇等還原性氣體到達(dá)ZnO納米顆粒表面時(shí)，它們會(huì)將自身的電子轉(zhuǎn)移給氧負(fù)離子，使氧負(fù)離子將原先俘獲的電子返還到ZnO納米顆粒中，使其導(dǎo)帶電子濃度增加、表面電阻下降，從而表現(xiàn)出氣敏性質(zhì)。本發(fā)明的ZnO納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器，由于ZnO沉積在納米尺寸多孔氧化鋁的孔內(nèi)，同樣質(zhì)量的ZnO就具有了更大的比表面積，從而可以從空氣中吸附更多的氧分子生成氧負(fù)離子。當(dāng)傳感器表面接觸到被測(cè)氣體分子時(shí)，這些分子就會(huì)迅速擴(kuò)散到整個(gè)膜層中，并與原先吸附在孔道壁表面上的氧負(fù)離子進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致氧負(fù)離子捕獲的電子重新回到ZnO納米顆粒體內(nèi)，使ZnO的表面電阻下降，從而表現(xiàn)出更好的靈敏度及更短的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。如圖2所示，本發(fā)明的納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器從上至下依次包括緊密接觸的測(cè)量電路1、測(cè)量電極2、納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料3、多孔氧化鋁4、致密氧化鋁5、純鋁6、絕緣層7、加熱材料8、加熱電極9和加熱電路10。圖2中下層的絕緣層7，是制備時(shí)在傳感器探頭的背面沉積的一層敏感材料，該敏感材料與納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料3的成分相同。但是絕緣層7的敏感材料還有一個(gè)作用就是絕緣，因?yàn)殇X電阻比較低，將鋁和加熱電極及材料隔離開可以增強(qiáng)加熱效果。如圖1所示，所述氣敏傳感器的制備方法為對(duì)純鋁6預(yù)處理后，使用二次陽極氧化方法，形成表面為多孔氧化鋁4、底層為致密氧化鋁5的多孔陽極氧化模板；在該模板上采用溶膠-凝膠鍍膜方法制備具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料3，并在純鋁6的另一面形成絕緣層7;最后通過絲網(wǎng)印刷方法制備測(cè)量電路1、測(cè)量電極2、加熱材料8、加熱電極9和加熱電路IO，即組裝成納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。敏感材料可以為氧化鋅。制備方法具體包含以下步驟1)對(duì)用純鋁制成的基片進(jìn)行預(yù)處理通過高溫退火以消除鋁片的殘余應(yīng)力，及電化學(xué)拋光以消除鋁片表面劃痕，目的是避免劃痕使鋁片氧化生長(zhǎng)的規(guī)則性受到破壞；2)對(duì)步驟1)所得純鋁基片6進(jìn)行陽極氧化分為三步，即一次陽極氧化，去除一次氧化的氧化膜及二次陽極氧化；最后形成表面為多孔氧化鋁4、底層為致密氧化鋁5的多孔陽極氧化模板；3)對(duì)步驟2)所得多孔陽極氧化模板進(jìn)行擴(kuò)孔處理對(duì)形成的孔洞進(jìn)行腐蝕以增加其直徑；4)在步驟3)處理后的多孔陽極氧化模板上進(jìn)行敏感材料沉積分為三步，即敏感材料溶膠配置，提拉鍍膜，敏感材料干燥與燒結(jié)；最后制得具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料3，并在純鋁6的另一面形成絕緣層7;5)加熱材料與電極的印刷分為四步，即電極涂層漿料調(diào)制，絲網(wǎng)印刷網(wǎng)板制備，絲網(wǎng)印刷及印刷材料燒結(jié)固化；本步驟制得測(cè)量電路1、測(cè)量電極2、加熱材料8、加熱電極9和加熱電路IO，最終組裝成納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。步驟1)純鋁基片預(yù)處理具體包括(a)去應(yīng)力退火選用純度為99.999%的鋁片，用去離子水、無水乙醇粗略清洗；然后放置在電阻爐內(nèi)隨爐升溫至480°C，保溫1小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到低殘余應(yīng)力、晶粒均勻的鋁片備用；(b)表面拋光將退火后的鋁片在丙酮中超聲波清洗30分鐘，以去掉表面的油脂污染物，接著放置于0.2mo1/1的NaOH溶液中浸泡2分鐘，用去離子水徹底清洗；然后將鋁片在體積比為1:4的高氯酸和無水乙醇的混合電解液中進(jìn)行電解拋光，以消除鋁片在生產(chǎn)過程中留下的表面劃痕，陽極為上述處理過的鋁片，陰極為清洗干凈的普通鋁片，在20V直流電壓下電解2分鐘，直至在強(qiáng)光下目測(cè)陽極鋁片變得光亮為止，再用去離子水清洗干凈備用。步驟2)純鋁6的陽極氧化具體包括(a)—次陽極氧化將分析純的硫酸或草酸及去離子水，配制成0.5mo1/1的草酸溶液或1.5mo1/1的硫酸溶液，作為一次陽極氧化的電解液，陽極為步驟l)處理過的鋁片，陰極為清洗干凈的普通鋁片，將其固定在自制的氧化支架上，電極之間的距離為7cm，采用恒壓模式，氧化時(shí)間24小時(shí)，硫酸電解液氧化電壓為1530V，草酸電解液氧化電壓為3050V，氧化反應(yīng)期間采用水浴，將反應(yīng)槽內(nèi)的溫度控制在l(TC，氧化時(shí)間達(dá)到后取出試樣，用去離子水清洗干凈；(b)去除一次氧化膜將分析純的磷酸和鉻酸及去離子水，分別配制成6wt%的磷酸溶液和1.8wt%的鉻酸溶液，將兩種溶液混合，然后將混合溶液加熱到60°C，最后將一次氧化之后的試樣置于其中浸泡3小時(shí)；(c)二次陽極氧化二次陽極氧化的參數(shù)與第一步陽極氧化的各參數(shù)相同(參數(shù)包括電解液及其濃度、電壓、溫度)，氧化時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整(如5小時(shí))，氧化時(shí)間達(dá)到后取出試樣，用去離子水清洗干凈。步驟3)多孔陽極氧化模板的擴(kuò)孔處理具體包括將分析純磷酸及去離子水配置成0.5mol/l的磷酸溶液，制得擴(kuò)孔處理用的溶液，將步驟2)所得二次氧化的試樣浸泡在擴(kuò)孔溶液中，進(jìn)行擴(kuò)孔處理1小時(shí)，時(shí)間達(dá)到后取出試樣，用去離子水清洗干凈。步驟4)在多孔陽極氧化鋁模板上進(jìn)行敏感材料沉積具體包括(a)溶膠配置用電子天平準(zhǔn)確稱取一定量的Zn(CH3C00)22H20，溶解在50ml的無水乙醇中，然后放在磁力攪拌器上于5(TC加熱攪拌，直至溶液呈乳狀；然后用量筒準(zhǔn)確量取一定量的二乙醇胺(NH(C2H50)2)，逐滴加入到溶液中，在30s內(nèi)完成，使x[Zn(CH3C00)22H20]:y[NH(C2H50)2]的摩爾比為1:2;再用量筒準(zhǔn)確量取一定量的去離子水，加入到溶液中，使x[Zn(CH3C00)22H20]:y改O]的摩爾比為l:1，繼續(xù)攪拌3小時(shí)，最后得一定濃度的透明、穩(wěn)定的無色溶膠備用；(b)提拉鍍膜將(a)配制好的溶膠密封，在室溫下陳化24小時(shí)后，再置于7(TC水浴下放置2小時(shí)；將清洗干凈的玻璃基片豎直、勻速浸入配好的溶膠中，靜置60s后，以6cm/min的速度垂直、勻速向上提拉基片，然后在恒溫10(TC的烘箱內(nèi)干燥10分鐘，重復(fù)上述操作以制備多層薄膜。例如重復(fù)3次"將清洗干凈的玻璃基片豎直、勻速浸入配好的溶膠中，靜置60s后，以6cm/min的速度垂直、勻速向上提拉基片，然后在恒溫IO(TC的烘箱內(nèi)干燥10分鐘"的過程即可得到3層薄膜。(c)干燥與燒結(jié)鍍完最后一層膜后，再在恒溫IO(TC的烘箱內(nèi)干燥1小時(shí)；然后將干燥后的ZnO凝膠膜放入箱式電阻爐中，以一定的熱處理制度對(duì)試樣進(jìn)行后處理，其中升溫速度3°C/min，在300°C的保溫溫度下保溫30分鐘，再在所需的后處理溫度處(如500°C)保溫1小時(shí)；最后隨爐自然冷卻至室溫，即可得到壁結(jié)構(gòu)ZnO薄膜(即圖2中的3)，并在純鋁6的另一面形成絕緣層7。步驟5)加熱材料與電極的印刷具體包括(a)漿料調(diào)制(本發(fā)明的所有配料百分比均為質(zhì)量百分比)電阻漿料的配置藥品及試劑均為分析純，選取質(zhì)量百分比分別為5%的Ru02和95%的玻璃料，該玻璃料的配料配比為PbO:70%，B203:3%，Si02:25%，A1203:2%;將Ru02和玻璃料在Pt坩堝中熔化，釉粉碎后經(jīng)325目滌綸篩網(wǎng)過篩；最后加入5070%的有機(jī)載體攪拌均勻，該有機(jī)載體溶質(zhì)的配料配比為乙基纖維10%，丁基卡必醇90%;電極漿料的配置選取分析純的Ag粉末和有機(jī)載體，該Ag粉末的直徑小于0.5m，該有機(jī)載體配料配比為乙基纖維10%，丁基卡必醇90%;將Ag粉末、有機(jī)載體、活化劑(如環(huán)己酮)按照適當(dāng)?shù)谋壤?如質(zhì)量配比45:4:1)配比，放入超聲波粉碎混合23小時(shí)制成漿料；[OO54](b)絲網(wǎng)模板制備選取200目滌綸篩網(wǎng)，采用巻軸式自繃框；將滌綸篩網(wǎng)用20X的Na0H溶液清洗后，用去離子水沖洗并干燥；涂布菲林膜3層，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖在紫外燈下曬版20秒；將曝光后的模版放入無水乙醇中顯影2分鐘，取出后在小于45°C的溫度下熱風(fēng)吹干；最后檢查模版質(zhì)量，經(jīng)適當(dāng)修整完成絲網(wǎng)模板的制備；[OO56](C)絲網(wǎng)印刷采用手工絲網(wǎng)印刷，在印刷臺(tái)上操作；使用標(biāo)準(zhǔn)圓頭刮墨刀在絕緣層7的加熱側(cè)依次印刷加熱材料8、加熱電極9和加熱電路10，在納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料3的測(cè)量側(cè)依次印刷測(cè)量電路1和測(cè)量電極2;(d)燒結(jié)固化將絲網(wǎng)印刷后的材料置于10(TC干燥固化30分鐘；接著置于15(TC干燥30分鐘以去掉丁基卡必醇；然后置于35(TC燒結(jié)30分鐘以去除乙基纖維；最后置于50(TC致密化燒結(jié)1小時(shí)，使得玻璃相熔化與基板結(jié)合。按上述方法制備本發(fā)明的氣敏傳感器。下面結(jié)合以表格形式的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可控性體現(xiàn)在對(duì)敏感材料比表面積的可控，通過改變多孔氧化鋁模板的制備參數(shù)(電壓、時(shí)間)，可以控制模板孔的大小、分布密度及深度，從而達(dá)到對(duì)敏感材料比表面積控制。實(shí)施例1:技術(shù)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例1制備的傳感器性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例2:技術(shù)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例2制備的傳感器性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例3:技術(shù)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例3制備的傳感器性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實(shí)施例4:技術(shù)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>1實(shí)施例4制備的傳感器性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實(shí)施例5:技術(shù)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實(shí)施例5制備的傳感器性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實(shí)施例6:技術(shù)方案<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器，其特征在于其從上至下依次包括緊密接觸的測(cè)量電路、測(cè)量電極、納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料、多孔氧化鋁、致密氧化鋁、純鋁、絕緣層、加熱材料、加熱電極和加熱電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器的制備方法，其特征在于對(duì)純鋁預(yù)處理后，使用二次陽極氧化方法制備表面為多孔氧化鋁、底層為致密氧化鋁的多孔陽極氧化鋁模板；在該模板上采用溶膠_凝膠鍍膜方法制備具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料，并在純鋁的另一面形成絕緣層；最后通過絲網(wǎng)印刷方法制備測(cè)量電路、測(cè)量電極、加熱材料、加熱電極和加熱電路，即組裝成納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于具體包含以下步驟1)對(duì)用純鋁制成的基片預(yù)處理通過高溫退火以消除鋁片的殘余應(yīng)力，及電化學(xué)拋光以消除鋁片表面劃痕；2)對(duì)步驟1)所得純鋁基片進(jìn)行陽極氧化分為三步，即一次陽極氧化，去除一次氧化的氧化膜及二次陽極氧化；最后形成表面為多孔氧化鋁、底層為致密氧化鋁的多孔陽極氧化模板；3)對(duì)步驟2)所得多孔陽極氧化模板進(jìn)行擴(kuò)孔處理對(duì)形成的孔洞進(jìn)行腐蝕以增加其直徑；4)在步驟3)處理后的模板上沉積敏感材料分為三步，即敏感材料溶膠配置，提拉鍍膜，敏感材料干燥與燒結(jié)；最后制得具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料，并在純鋁的另一面形成絕緣層；5)加熱材料與電極的印刷分為四步，即電極涂層漿料調(diào)制，絲網(wǎng)印刷網(wǎng)板制備，絲網(wǎng)印刷及印刷材料燒結(jié)固化；本步驟制得測(cè)量電路、測(cè)量電極、加熱材料、加熱電極和加熱電路，最終組裝成納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟1)純鋁基片預(yù)處理具體包括(a)去應(yīng)力退火采用純度為99.999%的鋁片，用去離子水、無水乙醇粗略清洗；然后放置在電阻爐內(nèi)隨爐升溫至480°C，保溫1小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到低殘余應(yīng)力、晶粒均勻的鋁片備用；(b)表面拋光將退火后的鋁片在丙酮中超聲波清洗30分鐘，以去掉表面的油脂污染物，接著放置于0.2mol/l的NaOH溶液中浸泡2分鐘，用去離子水徹底清洗；然后將鋁片在體積比為l:4的高氯酸和無水乙醇的混合電解液中進(jìn)行電解拋光，以消除鋁片在生產(chǎn)過程中留下的表面劃痕，陽極為上述處理過的鋁片，陰極為清洗干凈的普通鋁片，在20V的直流電壓下電解2分鐘，直至在強(qiáng)光下目測(cè)陽極鋁片變得光亮為止，再用去離子水清洗干凈備用。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟2)已處理純鋁基片的陽極氧化具體包括(a)—次陽極氧化將分析純的硫酸或草酸及去離子水，配制成0.5mo1/1的草酸溶液或1.5mo1/1的硫酸溶液，作為一次陽極氧化的電解液，陽極為步驟1)處理過的鋁片，陰極為清洗干凈的普通鋁片，將其固定在氧化支架上，電極之間的距離為7cm，采用恒壓模式，氧化時(shí)間24小時(shí)，硫酸電解液氧化電壓為1530V，草酸電解液氧化電壓為3050V，氧化反應(yīng)期間采用水浴，將反應(yīng)槽內(nèi)的溫度控制在l(TC，氧化時(shí)間達(dá)到后取出試樣，用去離子水清洗干凈；(b)去除一次氧化膜將分析純的磷酸和鉻酸及去離子水，分別配制成6wt^的磷酸溶液和1.8wt^的鉻酸溶液，將兩種溶液混合，然后將混合溶液加熱到60°C，最后將一次氧化之后的試樣置于其中浸泡3小時(shí)；(C)二次陽極氧化二次陽極氧化的參數(shù)與第一步陽極氧化的各參數(shù)相同，氧化時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，氧化時(shí)間達(dá)到后取出試樣，用去離子水清洗干凈。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟3)多孔氧化鋁模板的擴(kuò)孔處理具體包括將分析純磷酸及去離子水配置成0.5mol/l的磷酸溶液，制得擴(kuò)孔處理用的溶液，將步驟2)所得二次氧化的試樣浸泡在擴(kuò)孔溶液中，進(jìn)行擴(kuò)孔處理1小時(shí)，時(shí)間達(dá)到后取出試樣，用去離子水清洗干凈。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟4)在多孔氧化鋁模板上沉積敏感材料具體包括(a)溶膠配置用電子天平準(zhǔn)確稱取一定量的Zn(CH3C00)22H20，溶解在50ml的無水乙醇中，然后放在磁力攪拌器上于5(TC加熱攪拌，直至溶液呈乳狀；然后用量筒準(zhǔn)確量取一定量的二乙醇胺，逐滴加入到溶液中，在30s完成，使x[Zn(CH3C00)22H20]:y[NH(C2H50)2]的摩爾比為1:2;再用量筒準(zhǔn)確量取一定量的去離子水，加入到溶液中，使x[Zn(CH3C00)22H20]:y改O]的摩爾比為l:1，繼續(xù)攪拌3小時(shí)，最后得一定濃度的透明、穩(wěn)定的無色溶膠備用；(b)提拉鍍膜將(a)配制好的溶膠密封，在室溫下陳化24小時(shí)后，再置于7(TC的水浴下放置2小時(shí)；將清洗干凈的玻璃基片豎直、勻速浸入配好的溶膠中，靜置60s后，以6cm/min的速度垂直、勻速向上提拉基片，然后在恒溫10(TC的烘箱內(nèi)干燥10分鐘，重復(fù)上述操作以制備多層薄膜。(c)干燥與燒結(jié)鍍完最后一層膜后，再在恒溫IO(TC的烘箱內(nèi)干燥1小時(shí)；然后將干燥后的ZnO凝膠膜放入箱式電阻爐中，以一定的熱處理制度對(duì)試樣進(jìn)行后處理，其中升溫速度3°C/min，在300°C的保溫溫度下保溫30分鐘，再在500°C的后處理溫度下保溫1小時(shí)；最后隨爐自然冷卻至室溫，即可得到壁結(jié)構(gòu)ZnO薄膜，并在純鋁的另一面形成絕緣層。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟5)加熱材料與電極的印刷具體包括(a)漿料調(diào)制電阻漿料的配置藥品及試劑均為分析純，選取質(zhì)量百分比分別為5%的Ru02和95%的玻璃料，該玻璃料的配料比分別為Pbo:70%，b2o3:3%，sio2:25%，ai2o3:2%;將Ru02和玻璃料在Pt坩堝中熔化，釉粉碎后經(jīng)325目滌綸篩網(wǎng)過篩；最后加入5070%的有機(jī)載體攪拌均勻，該有機(jī)載體配料比為乙基纖維10%、丁基卡必醇90%;電極漿料的配置選取分析純Ag粉末和有機(jī)載體，該Ag粉末的直徑小于0.5m，該有機(jī)載體配料比為乙基纖維10X、丁基卡必醇90X;將Ag粉末、有機(jī)載體以及一定量的活化劑按照適當(dāng)?shù)谋壤浔龋湃氤暡ǚ鬯榛旌?3小時(shí)制成漿料；(b)絲網(wǎng)模板制備選取200目滌綸篩網(wǎng)，采用巻軸式自繃框；將滌綸篩網(wǎng)用20X的NaOH溶液清洗后，用去離子水沖洗并干燥；涂布菲林膜3層，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖在紫外燈下曬版20秒；將曝光后的模版放入無水乙醇中顯影2分鐘，取出后在小于45t:的溫度下熱風(fēng)吹干；最后檢查模版質(zhì)量，經(jīng)適當(dāng)修整完成絲網(wǎng)模板的制備；(C)絲網(wǎng)印刷:采用手工絲網(wǎng)印刷，在印刷臺(tái)上操作；使用標(biāo)準(zhǔn)圓頭刮墨刀在絕緣層的加熱側(cè)依次印刷加熱材料、加熱電極和加熱電路，在納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料的測(cè)量側(cè)依次印刷測(cè)量電極和測(cè)量電路；(d)燒結(jié)固化:將步驟(d)所得制備試樣置于IO(TC干燥固化30分鐘；接著置于15(TC干燥30分鐘以去掉丁基卡必醇；然后置于35(TC燒結(jié)30分鐘以去除乙基纖維；最后置于50(TC燒結(jié)1小時(shí)，使得玻璃相熔化與基板結(jié)合。全文摘要本發(fā)明提供了納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器及其制備方法，所述傳感器從上至下依次包括緊密接觸的測(cè)量電路、測(cè)量電極、納米壁結(jié)構(gòu)敏感材料、多孔氧化鋁、致密氧化鋁、純鋁、敏感材料、加熱材料、加熱電極和加熱電路；所述傳感器的制備方法為對(duì)純鋁預(yù)處理后，使用二次陽極氧化方法，形成表面為多孔氧化鋁、底層為致密氧化鋁的多孔陽極氧化模板；在該模板上采用溶膠-凝膠鍍膜方法制備具有納米壁結(jié)構(gòu)的敏感材料；最后通過絲網(wǎng)印刷方法制備測(cè)量電路、測(cè)量電極、加熱材料、加熱電極和加熱電路，即組裝成納米壁結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。本發(fā)明的傳感器敏感性較好，性能得到優(yōu)化，結(jié)構(gòu)可控。文檔編號(hào)C21D1/30GK101701928SQ20091027254公開日2010年5月5日申請(qǐng)日期2009年10月27日優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日發(fā)明者夏志林,孟正華,薛亦渝,郭培濤申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)